权利要求
1.一种高强度且抗疲劳的模具治具合金材料，其特征在于，包括如下按质量百分比计的各成分制成：基础金属、碳(C)0.3～1.0wt%、铬(Cr)4～8wt%、钼(Mo)1～3wt%、钒(V)0.1～0.5wt%、硅(Si)0.05～0.15wt%、镍(Ni)0.05～0.15wt%、硼(B)0.01～0.03wt%、合金化添加剂;
所述基础金属为铁(Fe)或铝(Al)等常用合金材料基础金属;
2.根据权利要求1所述的一种高强度且抗疲劳的模具治具合金材料，其特征在于，所述基础金属、碳、铬、钼、钒、镍、硅和硼均选用高纯度材料，严格控制材料中杂质的含量。
3.一种高强度且抗疲劳的模具治具合金材料的制备方法，应用于如权利要求1-2任一项所述的高强度且抗疲劳的模具治具合金材料，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1、原料筛选：根据模具治具合金材料配方要求，选用高纯度冶金材料并严格控制原料内杂质的含量，以确保在后续冶炼时杂质的去除更加高效和完善;
S2、配料与比例计算：按照模具治具合金材料配方要求，准确计算各原料的用量，并进行精确配料，确保各原料的比例准确无误，并在配料完成后，记录配料数据;
S3、熔炼与合金化：将基础金属注入进熔炉内进行溶解，接着开启搅拌设备来对熔炉内的金属溶液进行搅拌，并在搅拌过程中将精确配比的其他材料适时添加进熔炉内，使各原料充分混合，并在搅拌过程中，定期检查搅拌设备的工作状态，确保混合效果;
S4、铸造加工：采用高精度模具铸造技术，并配合低压或高压浇铸，以减少铸造缺陷，并在铸造后进行精密机加工，消除表层缺陷;
S5、热处理工艺加工：
S51、固溶处理：将成形件加热至合适高温并保持足够时间，使各强化元素充分溶入基体，形成单相固溶体;
S52、高速冷却：采用油淬、水淬或气淬手段来对固溶体进行快速冷却处理，防止粗大析出相的生成;
S53、回火处理：在较低温度下进行时效处理或回火，以促使细小、均匀的析出相在基体中析出;
S6、表面强化处理：采用激光淬火，让模具治具局部快速加热和急冷，形成硬化层;
S7、质量检测：对制成材料进行拉伸试验、冲击试验、硬度测试及长周期低周疲劳试验，确保达到设计要求。
4.根据权利要求3所述的一种高强度且抗疲劳的模具治具合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，采用真空感应熔炼或在保护气氛环境中使用电弧炉来进行熔炼加工，以确保金属熔体中的氧含量极低，有利于合金元素的均匀溶解。
5.根据权利要求3所述的一种高强度且抗疲劳的模具治具合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S51中，采用台车式炉来进行固溶加工处理，且台车式炉运行时需保持在900～1100℃范围内，在固溶加工过程中，必须控制加热温度和加热时长，以避免温差和时长对材料强度和抗疲劳性造成干扰。
6.根据权利要求5所述的一种高强度且抗疲劳的模具治具合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S51中，台车式炉在进行固溶加工时需向炉内注入氮气、氩气等惰性气体来进行气氛保护，以确保炉内氧含量极低，防止材料出现氧化现象。
7.根据权利要求3所述的一种高强度且抗疲劳的模具治具合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中，进行激光淬火前对工件表面进行磷化处理或涂覆吸光涂层，以确保能量高效传递至材料内部。
8.根据权利要求3所述的一种高强度且抗疲劳的模具治具合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S7中，模具治具合金材料检测具体包括：
拉伸试验：模具治具合金材料的抗拉伸性能直接影响模具治具的使用强度，使得拉伸检测设备检测合金材料的强度，确保合金材料在实际使用时能够适应高强度运行;
冲击试验：使用冲击锤检测合金材料的抗冲击性能，确保制成的合金材料强度符合使用强度标准，避免模具治具合金材料在使用过程中受到冲击时出现断裂;
长周期低周疲劳试验：使用疲劳试验机进行合金材料的性能检测，检测制成的合金材料在长时间持续运行过程中是否能够正常使用。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及模具治具材料技术领域，具体为一种高强度且抗疲劳的模具治具合金材料及其制备方法。
背景技术
[0002]模具和治具是制造业中非常重要的工具，其主要用于确保零件的精度和一致性，由于模具和治具的质量会直接影响最终产品的精度和一致性，所以模具和治具在制造时需要采用更佳的合金材料。然而目前的模具治具合金材料依然存在以下不足：
[0003]然而，由于厂家在实际生产运行时模具治具多为持续不间断运行使用，所以模具治具合金材料也在逐渐向着强度更佳的合金材料方向发展，而现有的模具治具合金材料依然无法适应一些特殊工作环境中持续运行，因此，研发强度更高、抗疲劳性能更佳的合金材料成为了当下的重要任务。
[0004]虽然随着现有技术的不断改进，使得现有模具治具合金材料的强度和抗疲劳性能更加优良，但是当模具治具在长时间不间断运行使用时依然不可避免的出现较大的磨损现象，从而对模具治具的使用寿命带来了一定的干扰。
发明内容
[0005]本发明的目的在于提供一种高强度且抗疲劳的模具治具合金材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007]第一方面，本发明提供了一种高强度且抗疲劳的模具治具合金材料，包括如下按质量百分比计的各成分制成：基础金属、碳(C)0.3～1.0wt%、铬(Cr)4～8wt%、钼(Mo)1～3wt%、钒(V)0.1～0.5wt%、硅(Si)0.05～0.15wt%、镍(Ni)0.05～0.15wt%、硼(B)0.01～0.03wt%、合金化添加剂;
[0008]所述基础金属为铁(Fe)或铝(Al)等常用合金材料基础金属;
[0009]所述合金化添加剂选择铁剂、锰剂、镍剂或者含氯盐、氟盐、稀土等成分的复合精炼剂中的一种或多种。
[0010]进一步的，所述基础金属、碳、铬、钼、钒、镍、硅和硼均选用高纯度材料，严格控制材料中杂质(如氧、硫、磷)的含量。
[0011]第二方面，本发明提供了一种高强度且抗疲劳的模具治具合金材料的制备方法，应用于如上所述的高强度且抗疲劳的模具治具合金材料，所述制备方法包括以下步骤：
[0012]S1、原料筛选：根据模具治具合金材料配方要求，选用高纯度冶金材料并严格控制原料内杂质的含量，以确保在后续冶炼时杂质的去除更加高效和完善;
[0013]S2、配料与比例计算：按照模具治具合金材料配方要求，准确计算各原料的用量，并进行精确配料，确保各原料的比例准确无误，并在配料完成后，记录配料数据;
[0014]S3、熔炼与合金化：将基础金属注入进熔炉内进行溶解，接着开启搅拌设备来对熔炉内的金属溶液进行搅拌，并在搅拌过程中将精确配比的其他材料适时添加进熔炉内，使各原料充分混合，并在搅拌过程中，定期检查搅拌设备的工作状态，确保混合效果;
[0015]S4、铸造加工：采用高精度模具铸造技术，并配合低压或高压浇铸，以减少铸造缺陷，并在铸造后进行精密机加工，消除表层缺陷;
[0016]S5、热处理工艺加工：
[0017]S51、固溶处理：将成形件加热至合适高温(900～1100℃范围内)并保持足够时间，使各强化元素充分溶入基体，形成单相固溶体;
[0018]S52、高速冷却(淬火)：采用油淬、水淬或气淬手段来对固溶体进行快速冷却处理，防止粗大析出相的生成;
[0019]S53、回火处理：在较低温度下进行时效处理或回火，以促使细小、均匀的析出相在基体中析出;
[0020]S6、表面强化处理：采用激光淬火，让模具治具局部快速加热和急冷，形成硬化层;
[0021]S7、质量检测：对制成材料进行拉伸试验、冲击试验、硬度测试及长周期低周疲劳试验，确保达到设计要求。
[0022]进一步的，所述步骤S3中，采用真空感应熔炼或在保护气氛(如氩气)环境中使用电弧炉来进行熔炼加工，以确保金属熔体中的氧含量极低，有利于合金元素的均匀溶解。
[0023]进一步的，所述步骤S51中，采用台车式炉来进行固溶加工处理，且台车式炉运行时需保持在900～1100℃范围内，在固溶加工过程中，必须控制加热温度和加热时长，以避免温差和时长对材料强度和抗疲劳性造成干扰。
[0024]进一步的，所述步骤S51中，台车式炉在进行固溶加工时需向炉内注入氮气、氩气等惰性气体来进行气氛保护，以确保炉内氧含量极低，防止材料出现氧化现象。
[0025]进一步的，所述步骤S6中，进行激光淬火前对工件表面进行磷化处理或涂覆吸光涂层(如石墨粉+丙烯酸树脂)，以确保能量高效传递至材料内部。
[0026]进一步的，所述步骤S7中，模具治具合金材料检测具体包括：
[0027]拉伸试验：模具治具合金材料的抗拉伸性能直接影响模具治具的使用强度，使得拉伸检测设备检测合金材料的强度，确保合金材料在实际使用时能够适应高强度运行;
[0028]冲击试验：使用冲击锤检测合金材料的抗冲击性能，确保制成的合金材料强度符合使用强度标准，避免模具治具合金材料在使用过程中受到冲击时出现断裂;
[0029]长周期低周疲劳试验：使用疲劳试验机进行合金材料的性能检测，检测制成的合金材料在长时间持续运行过程中是否能够正常使用。
[0030]本发明提供了一种高强度且抗疲劳的模具治具合金材料及其制备方法，具备以下有益效果：
[0031]本发明优化了现有的模具治具合金材料配方，通过铬和钼材料的添加，有效提高了该模具治具合金材料的耐磨性、耐腐蚀性、抗疲劳性，同时也改善了合金材料的热稳定性，而钒的添加有助于形成细小的碳化物，起到晶粒细化和颗粒强化作用，并且适量的硅、镍以及微量硼等材料的添加，能够有效优化合金材料的整体性能和热处理反应性，从而极大的提高了该模具治具合金材料的强度和抗疲劳性能，此外，在合金材料的制备过程中采用激光淬火来对合金材料表面进行强化处理，使得该合金材料表面形成硬化层，从而进一步提高了材料的耐磨和抗疲劳性能。
附图说明
[0032]图1为本发明一种高强度且抗疲劳的模具治具合金材料的制备方法操作流程示意图;
[0033]图2为本发明一种高强度且抗疲劳的模具治具合金材料的制备方法中热处理工艺加工操作流程示意图。
具体实施方式
[0034]下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
[0035]一种高强度且抗疲劳的模具治具合金材料，包括如下按质量百分比计的各成分制成：基础金属、碳(C)0.3～1.0wt%、铬(Cr)4～8wt%、钼(Mo)1～3wt%、钒(V)0.1～0.5wt%、硅(Si)0.05～0.15wt%、镍(Ni)0.05～0.15wt%、硼(B)0.01～0.03wt%、合金化添加剂;
[0036]基础金属为铁(Fe)或铝(Al)等常用合金材料基础金属;
[0037]合金化添加剂选择铁剂、锰剂、镍剂或者含氯盐、氟盐、稀土等成分的复合精炼剂中的一种或多种;
[0038]基础金属、碳、铬、钼、钒、镍、硅和硼均选用高纯度材料，严格控制材料中杂质(如氧、硫、磷)的含量。
[0039]一种高强度且抗疲劳的模具治具合金材料的制备方法，应用于如上的高强度且抗疲劳的模具治具合金材料，制备方法包括以下步骤：
[0040]S1、原料筛选：根据模具治具合金材料配方要求，选用高纯度冶金材料并严格控制原料内杂质的含量，以确保在后续冶炼时杂质的去除更加高效和完善;
[0041]S2、配料与比例计算：按照模具治具合金材料配方要求，准确计算各原料的用量，并进行精确配料，确保各原料的比例准确无误，并在配料完成后，记录配料数据;
[0042]S3、熔炼与合金化：将基础金属注入进熔炉内进行溶解，接着开启搅拌设备来对熔炉内的金属溶液进行搅拌，并在搅拌过程中将精确配比的其他材料适时添加进熔炉内，使各原料充分混合，并在搅拌过程中，定期检查搅拌设备的工作状态，确保混合效果，采用真空感应熔炼或在保护气氛(如氩气)环境中使用电弧炉来进行熔炼加工，以确保金属熔体中的氧含量极低，有利于合金元素的均匀溶解;
[0043]S4、铸造加工：采用低压铸造工艺，将熔炼好的合金液浇铸到高精度压铸模具中。压铸模具预先进行预热处理，温度控制在200℃，以减少铸造过程中的热应力。铸造完成后，对铸件进行精密机加工，通过数控车床和铣床对表面进行加工，去除余量0.5mm，消除表层可能存在的气孔、砂眼等缺陷;
[0044]S5、热处理工艺加工：
[0045]S51、固溶处理：将加工后的成形件放入台车式炉中，以10℃/min的升温速率加热至1000℃，并在此温度下保温3小时，使各强化元素充分溶入基体形成单相固溶体。台车式炉运行过程中，通过温控系统精确控制炉温，波动范围控制在±5℃以内。同时向炉内持续注入氩气，保持炉内氧含量低于0.01%，防止材料氧化;
[0046]S52、高速冷却(淬火)：采用油淬的方式对固溶体进行快速冷却。淬火油选用专用的淬火油，油温控制在40℃，确保冷却速度在合适范围内，防止粗大析出相的生成，提高材料的强度和硬度;
[0047]S53、回火处理：将淬火后的工件放入回火炉中，在550℃下进行回火处理2小时。回火过程中，促使细小、均匀的析出相在基体中析出，有效提高材料的韧性和抗疲劳性能;
[0048]S6、表面强化处理：对模具治具表面进行磷化处理，形成一层均匀的磷化膜，厚度约为5μm。然后采用激光淬火技术，激光功率设定为3000W，扫描速度为10mm/s，光斑直径为3mm，使模具治具局部快速加热和急冷，在表面形成厚度约为0.5mm的硬化层，显著提高表面硬度和耐磨性;
[0049]S7、质量检测：对制成材料进行拉伸试验、冲击试验、硬度测试及长周期低周疲劳试验，确保达到设计要求，模具治具合金材料检测具体包括：
[0050]拉伸试验：模具治具合金材料的抗拉伸性能直接影响模具治具的使用强度，使得拉伸检测设备检测合金材料的强度，确保合金材料在实际使用时能够适应高强度运行;
[0051]冲击试验：使用冲击锤检测合金材料的抗冲击性能，确保制成的合金材料强度符合使用强度标准，避免模具治具合金材料在使用过程中受到冲击时出现断裂;
[0052]长周期低周疲劳试验：使用疲劳试验机进行合金材料的性能检测，检测制成的合金材料在长时间持续运行过程中是否能够正常使用。
[0053]本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
说明书附图(2)
